2025年高温模具钢材深度解析与学习攻略

即hot stamping,press hardening,die quenching和hot pressing11520］o按含碳量可以把碳钢分为低碳钢（含Cw

0.25%）.中碳钢（含C

0.25%~

0.6%）和高碳钢（含C＞

0.6%）一般碳钢中含碳量越高则硬度越高，强度也越高，但塑性降低合金钢种类诸多，一般按合金元素含量多少分为低合金钢（含量＜5%）,中合金钢（含量5%〜10%）,高合金钢（含量＞10%）；按质量分为优质合金钢、特质合金钢；按特性和用途又分为合金构造钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢（如软磁钢、永磁钢、无磁钢）等铁素体不锈钢是在室温下以铁素体组织为主的铁2铭合金此类钢不含银或含少许镇,是一类节银型不锈钢，具有良好的耐蚀性和抗氧化性能，其抗应力腐蚀性能优于奥氏体不锈钢，但价格比奥氏体不锈钢低，广泛应用于家电、汽车和石油化工等行业按钢中（碳+氮）含量，铁素体不锈钢可分为常规铁素体不锈钢［w（C+N）＞0103%］，超低碳铁素体不锈钢［w（C+N）W0103%］，高纯铁素体不锈钢［w（C+N）W0102%］和超纯铁素体不锈钢［w（C+N）＜0101%］o

2、如含硼钢板，在钢的组织转变时，延迟铁素体和贝氏体的形核进而增长了钢的强度

3、瑞典律勒欧理工大学在年采用Gleeblel500热模拟试验机对超高强度热冲压钢板22MnB5瑞典SSAB企业开发了热轧硼钢板DocolBoron02/Domex024B和Docol Boron04/Domex044B,其化学成分如表3所示，材料淬火前后的性能如表4所示

4、流动应力？

5、通过测定裂纹的总面积及在试样表面所占的百分数、最宽主裂纹的宽度（A%）（Wmax）和热疲劳裂纹的总长度（L）,定义表面损伤因子Ds=AxW/L；通过测定横截面上裂纹的面积、最深裂纹的深度及5条主裂纹的平均深度称为5强平均深度），（P%）（dmax）（d5A,定义裂纹深度损伤因子以D=DsxDd表达总的热疲劳损伤因子，D值越Dd=Pxdmax/d5A大表达热疲劳损伤程度越大

6、回火稳定性硬度什么可以影响？

7、从这两处的能谱成果可知，这下白色的小圆圈就是V的碳化物在基体组织中没有找到V,阐明在这个钢中，绝大多数V都已经形成了碳化物，含V的碳化物均匀、弥散、细小地分部在马氏体基体上这是这种钢与一般的H13钢的最大不一样通过前期对进口模具的研究发现，国外的H13钢的碳化物尺寸控制在450纳米如下，平均碳化物尺寸大概在300纳米左右，国内的H13钢目前还达不到这一水平

8、水韧处理water toughening定义为了改善某些奥氏体钢的组织以提高韧性，将钢件加热到高温使过剩相溶解，然后水冷的热处理工艺水韧处理实际为一种固溶处理，常用于高镒钢，由于高镒钢的铸态组织为奥氏体，碳化物及少许的相变产物珠光体所构成沿奥氏体晶界析出的碳化物减少钢的韧性，为消除碳化物，将钢加热至奥氏体区温度（视钢中碳化物的细小或粗大而定）并保温一段时间（每壁厚保温）使1050-1100℃,25mm lh,铸态组织中的碳化物基本上都固溶到奥氏体中，然后在水中进行淬火，从而得到单一的奥氏体组织.一般的水地韧处理为类高镒钢，重要用于承受冲击载荷工作的零件，其他如陆丰所言.奥氏体表面在受到冲击ZGMn13作用时，产生强烈的加工硬化，当硬化层被磨/崩掉后，又露出新鲜的奥氏体，重新硬化，如此反复.因其有强烈的加工硬化，故不可采用机械加工措施成形，重要用铸造措施所得，所认为铸钢.近年来有减少含锌量的做法，做出中铸钢，同样可以采用水韧处理.重要用于，坦克/推土机之履带，铁路扳叉等，还可用于强力抛丸机之内壁.以增其耐磨性（一般厂家为节省成本不用此钢在抛发丸机上）中锌的可用于农业机械之脱粒机等场所.在模具钢中，初期的（约年出版的书中就有此说法）双细化处理工艺第一步有时称之为水韧（或油韧）1982详细为在模具钢进行铸造后，在钢之点上，将钢淬入热水中（称水韧），淬入油中（称油韧），目的在于将碳化A Cm物大部分溶入奥氏体中，在淬火后重新高温回火后得到细而均匀的精粒状碳化物.再进行正常（或比正常奥体化温度略低）加热淬火，以期提高模具的韧性，耐磨性.、《含银热作模具钢中碳化物的演变对热稳定性的影响》9钢是在钢的基础上采用了降增降的合金化思绪进行了合金成分调整，同步加SDH8Nb H13Si Mo V入了适量的元素，设计出的新钢种Nb目前国内外尚无专门的适合热冲压成形的模具材料世界顶级模具钢生产企业瑞典10企业给出的提议是选用或德国企业采用的是和Uddeholm DIEVARHOTVAR ORVAR,CR7V

1.2379,日本企业采用的是SKD61国外通用的热作模具钢有3种类型，即低合金热作模具钢如55NiCrMoV6和56NiCrMoV7等，中合金热作模具钢如H134Cr5MosiVl和Hll4Cr5MosiV等，鸨系铝系热作模具钢如H213Cr2W8V、H103Cr3Mo3VSi等

①中合金高热强性热作模具钢该类钢一般是的基础上增长W、Mo、Co、Nb等元素，提高其高温性能如美国的H10A3Cr3Mo3Co3V钢，瑞典的QRO803Cr3Mo2VMn钢，该类钢与3Cr2W8V钢比较具有良好的高温强度和抗回火软化能力，在生产中使用效果良好

②沉淀硬化型热作模具钢代表性钢号有日本日立金属企业的YHD

3、YHD

26、YHD28,日本大同特殊钢企业的DH762Cr3Ni3V等美国的H10A3Cr3Mo3Co3V瑞典的QRO80M3Cr3Mo2VMn表几种经典热作模具钢的化学成分1-3wt%table1-3Chemical compositionof severaltypical hotdie steelswt%钢种C SiMn CrMoVW3Cr2W8V

0.

40.

42.20〜

2.70一H13—QRO

800.

400.

300.

752.

62.

01.2—QRO

900.

380.

300.

752.

62.

250.90—DIEVAR

0.

380.

200.

505.

02.

360.55-HOTVAR

0.

551.

000.

752.

62.

250.85-QDH日

0.

420.

400.

404.

22.

50.50—经TEM分析可知，DM钢通过淬回火，组织中没有富Cr的大块碳化物，存在较多的是以V元素为主同步存在W和Mo元素的球状MC型碳化物，此类碳化物的大量析出有助于提高材料的抗回火软化能力和高温强度为了满足性能规定，热作模具钢一般采用中碳钢Wc=

0.3-

0.6%,既保证钢的塑性、韧性和导热性，又不减少钢的硬度、强度和耐磨性加入合金元素Cr、W、Mo、Si等能提高钢的高温硬度、高温强度和回火稳定性，同步尚有助于提高钢的临界点Acl,从而防止模具在受热和冷却过程中产生相变组织应力，有助于提高钢的抗热疲劳性能⑹［6］崔忠圻.金属学与热处理［M］.北京:机械工业出版社』992,329-

371.目前广泛生产和应用的H13钢也由于它的热稳定性能较差而限制了应用范围、钢是为了适应左右工作温度而研制的新型高耐热性钢，钢是124C r3M o2N iV Nb H D700℃HD在钢的基础上，合适减少钢中、的含量，加入量为4Cr3Mo3V MoV wNi=1%w提高了钢的室温、高温韧性及热稳定性，在仍可以保持的硬度在硬度相似Nb=

0.15%,700C40HRC的条件下，钢比钢的断裂韧度高高温时抗拉强度高冷热疲劳抗力和热HD3Cr2W8V50%,700℃70%,磨损性能分别高出倍和用其制作的热挤压模具使用寿命也高于钢150%,3Cr2W8V、宋雯雯论文13SDH8Nb钢中的伪共晶碳化物重要为以Nb、V元素为主的MC型碳化物，和以Mo元素为主的M6c型碳化物其中，V元素的MC型碳化物重要为V8c7；Mo元素的伪共晶碳化物为Fe3MO3C；Nb元素重要以单独MC型伪共晶碳化物的形式存在，部分固溶或机械混合于V8c7中共晶碳化物由于C及W、M等合金元素的偏析，在奥氏体枝晶间和晶界的钢液熔池中到达共晶成分时，在钢液中发生共晶反应，形成共晶碳化物呈网状分布在晶界上

14、陈英伟Si不溶于碳化物，除了提高钢的淬透性外，Si尚有助于提高在高温回火过程中析出特殊碳化物的弥散度，不过D.Delagnes等人研究表明，Si元素含量较高，加速了渗碳体的溶解，促使热作模具钢在回火时大量的碳化物较早的析出，二次硬化峰向较低的温度移动

[35],

15、NAK80模具钢的预硬化处理措施，其特性在于采用“热加工铸导致型一淬火一回火”三步法工艺流程，生产硬度范围的析出强化塑料模具钢成品第一，热加工铸导致HRC38-HRC43NAK80型工序采用锻压机对模具钢热加工铸造变形，生产出尺寸符合规格原则的成品模具钢钢材；NAK80技术要点是热加工铸造时，钢材终锻温度控制在的区间范围内，温度范围1860〜920℃860~920℃内的热加工铸造变形量控制在15〜20%；2其他，按常规工艺规定进行；第二，淬火工序将尺寸符合规格原则的成品模具钢钢材直接放入常规淬火液中进行固溶处理，在淬火液中冷却至150〜250C；第三，回火工序将温度的模具钢钢材置入回火炉内，以的升温速度将钢材加150〜250℃80〜100℃/h热至保温小时，保温时间根据顾客规定的硬度数值而定，然后，将钢材移出回490~560℃,2〜6HRC火炉空冷至室温、在铁素体基体或其间分布着许多岛？16M/A、但凡偏聚于相界又能使碳在丫-中的活度胪下降的元素将产生类拖曳作用，延17Y/Q Fe缓转变，使曲线出现弯折Y-Q、逆转变奥氏体18马氏体相变往往具有可逆性，即把马氏体（低温相）以足够快的速度加热，可以不经分解直接转变为高温相（母相）母相向马氏体相转变开始、终了温度称为Ms、Mf；马氏体向母相逆转变开始、终了温度称为、具有马氏体逆转变，是与相差很小的合金，将其冷却到点如下，马氏As AfoMs AsMs体晶核随温度下降逐渐长大，温度回升时马氏体片又反过来同步地随温度上升而缩小，这种马氏体叫热弹性马氏体在此以上某一温度对合金施加外力也可引起马氏体转变，形成的马氏体叫应力诱发马氏体有些应力诱发马氏体也属弹性马氏体，应力增长时马氏体长大，反之马氏体缩小，应力消除后马氏体消失，这种马氏体叫应力弹性马氏体应力弹性马氏体形成时会使合金产生附加应变，当除去应力时，这种附加应变也随之消失，这种现象称为超弹性（伪弹性）母相受力生成马氏体并发生形变，或先淬火得到马氏体，然后使马氏体发生塑性变形，变形后的合金受热（温度高于）时，马As氏体发生逆转变，答复母相原始状态；温度升高至时，马氏体消失，合金完全答复到本来的形状，Af实际上这个就是形状记忆合金的原理，记忆合金目前已发展到几十种，在航空、军事、工业、农业、医疗等领域有着用途，并且发展趋势强劲在碳钢中，淬火获得马氏体后，再次加热到奥氏体化温度应当可以获得奥氏体，这种奥氏体不能叫逆转变奥氏体一般材料很少提到逆变奥氏体，马氏体不锈钢或沉淀硬化不锈钢时见的也许多点逆变奥氏体的形成（形核和长大）必须具有的条件原生马氏体板条直到加热至稍高于点是

1.Acl稳定的在略低于（）点回火时，马氏体中过饱和的部分以碳化物的形式在板条间界面弥散Acl AsC析出，使马氏体转变为回火马氏体当回火温度升至稍高于点时，逆变奥氏体相的关键就通过切As变方式在此高区直接生成，并沿板条界面纵向长大成极细的针条状逆变奥氏体在逆变奥氏Ni-196C,体也是稳定的，也许由于其富集奥氏体化元素，很低的温度下也不发生转变回火后样品中逆变奥氏体含量受两个原因控制即高温时奥氏体转变量及其在回火冷

2.却过程中的稳定性之间回火时，室温得到的逆变奥氏体量伴随回火温度的升高出As-Af现先增后减的趋势，中间存在最优化回火温度，能使室温逆变奥氏体量到达最大《热冲压成形钢板的组织和性能》22MnB5摘要采用扫描及透射电镜观测和力学性能试验研究了钢板热冲压成形件的组织形貌和力学22MnB5性能成果表明，加热温度，保温初始成形温度冲压速度条件下，930℃

4.5min,850c,75mm/s22MnB5钢板热冲压成形完毕完全马氏体转变，得到均匀板条马氏体组织，组织内产生高密度位错，强度大幅提高，抗拉强度到达形变有助于动态再结晶并获得更为细小的马氏体组织，增进细晶强化1550MPao硼元素在晶界发生偏聚，延长奥氏体转变孕育期，提高了钢的淬透性，同步引起点阵畸变，22MnB5增进相变强化表122MnB5钢的化学成分质量分数,％及相变温度Table1Composition of22MnB5steel massfraction,%and phasetransition tempertureCMn BSi CrTi SP FeV,Vf

0.

211.

350.

00330.

280.23-

0.

0040.

005597.97361811t350~380t280~300tsuperior thermalfatigue resistancecompared withnickel-base superalloys.

[4]

4.A.M.Beltran:in SuperalloysII,C.T.Sims,N.S.Stoloff,and W.C.Hagel,eds.,John WileySons,New York,NY,1987,pp.135-63They usuallyconsist ofa matrixof cobaltsolid solutionsand avariety ofprecipitated phasessuch ascarbides orintermetalliccompounds.若锻打时停锻温度较高，冷却又较缓慢时，球化退火后组织中也许出现二次碳化物网络,这些都是模具初期脆性开裂的重要原因，也是国产H13钢普遍存在的质量问题,因此要严格控制铸造工艺由于具有均匀膨胀性,并且在时效前易切削加工，使得马氏体时效钢可用于装配线上的高磨损单元以及用作模具制造如锻模,铝合金挤压模及工具材料可借鉴由图可以估计，合金在℃时,在相中的溶解度为多左右，而1ITCST301130o W y20在时，在相中的溶解度仅为拓左右，因而系具有强烈的时效硬化能力60℃WyS Fe—W-Co为了保证合金时效后具有高的硬度，规定设计合金的马氏体转变终了温度在室温以上，以保证淬火后没有残存奥氏体对不含的合金，这是不成问题的但加入减之后状况就也许不一样了N i[川等在对含奥氏体钢的研究中，用电阻法确认，在不一样温度范围出现不一样沉淀W iis nTi低于通过调幅分解产生区域，低于时，区域的形成导致电阻上升，当区域尺寸达埃时，730,80℃10电阻达最大值，过程的深入发展则导致电阻下降在以上，区域消失而出现尹中间相，其形貌840℃与区域构造相似《时效硬化钢》、高强钢板热冲压的复杂性要克服热冲压缺陷的产生诸如局部过度软化一缩颈、破裂，起皱，4马氏体转化不均匀等，还要实现最佳的奥氏体-马氏体化温度、最佳模内冷却速率、最佳成形压力、最佳保压时间等优化问题，这就需要从宏观和微观尺度进行诸如成形性分析、服役性能等进行深入研究和技术积累广泛采用高强度硼钢是目前从材料上实现热冲压的一种最优选择该钢种初22MnB5始抗拉强度介于之间，无论是热轧还是冷轧板材产品均可在奥氏体化后通过迅速淬400MPa〜600Mpa火处理得到马氏体组织，实现热冲压成形生产目前市场上广泛应用的热冲压板材以欧洲企Arcelor业出产的带涂层的及改型批次为代表，产品厚度为不等带涂层的Al-Si USIBOR

15000.7mm〜

2.4mm热冲压钢板由于表面有效隔绝空气与钢铁接触，在热冲压过程中不会产生大量氧化皮，表面质量好，后续几乎不需喷丸工序，但涂层易与加热炉中磁辐粘结无涂层的钢板由于具有大量氧化皮，后续需要喷丸处理，但不会与加热炉中磁棍粘结，两者各具利弊其他诸如日本新日铁、神户制钢、韩国浦硕钢厂也正积极开发生产用热冲压钢板国内宝钢开发的冷轧、热轧也已实现批B1500HS BRI500Hs量供货，通钢、鞍钢等钢铁企业也正积极投入有关热冲压钢板开发中直接冲压工艺是指高强度钢板板料加热到奥氏体化温度并保温一段时间后，直接放入具有冷却系统的模具里进行冲压成形及淬火，一次成形，但需要增长激光切割设备，其重要长处有二1板料在一套模具中进行冲压成形及淬火，节省了预冲压成形模具费用并加紧了生产节奏2材料被加热前为平板料，这样不仅节省了加热区面积进而节省能遮，并且可以选用多种加热方式，例如可以采用感应和辐射加热炉进行奥氏体化加热但在成形过程和热处理过程中仍存在多种技术问题，如热软化、破裂、马氏体转换的不均匀性、塑性变形能力低、表面氧化等另首先，由于高强度钢板热冲压技术还处在起步阶段，尚有诸多产业化实际问题需要处理和完善，例如制造工艺参数优化、生产效率、产品质量、热冲压成形过程微观机理研究、采用非镀层钢板时需要进行喷丸处理及激光切割成本偏高等等。